[0001] Die Erfindung betrifft bispezifische und oligospezifische, mono- und oligovalente
Rezeptoren, die gentechnisch durch Fusion von für F(ab) Fragmente von Antikörper
zweier oder mehrerer verschiedener Spezifitäten kodierende DNA mittels geeigneter
Linker hergestellt werden. Vorzugsweise ist eine Spezifität dabei entweder gegen ein
auf der Zellmembran oder im Interstitium befindliches Epitop eines Tumor-assoziierten
Antigens (TAA) oder gegen ein Epitop im Tumorendothel (TE) gerichtet, während die
weiteren Spezifitäten hochmolekulare oder niedermolekulare Liganden betreffen und
z.B. mit den Komplexonen Äthylendiamintetraacetat bzw. Diäthylentriaminpentaacetat
in Y90 komplexierter Form (EDTA-Y90 bzw. DTPA-Y90) reagieren. In einer besonders bevorzugten
Ausführungsform erfolgt die Bindung mit den Komplexonen am Komplexon-Rezeptor-Arm
über fos-jun Interaktion (oder auch Avidin-Biotin Interaktion). Weitere bevorzugte
Spezifitäten haben katalytische Eigenschaften.
[0002] Bispezifische Antikörper wurden bisher nach folgenden Methoden hergestellt
- chemische Kopplung von Antikörpern verschiedener Spezifität über heterobifunktionelle
Linker (H. Paulus, Behring Inst. Mitt. 78, (1985), 118-132)
- Fusion von bereits vorhandenen Hybriden, die verschiedene monoklonale Antikörper
(MAK) ausscheiden, und Isolation des bispezifisch-monovalenten Anteiles (U.S. Staerz
und M. J. Bevan, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 83, (1986) 1453-1457
- Transfektion der leichten und schweren Kettengene zweier verschiedener MAK (4 Gene)
in murine Myelomzellen oder andere eukaryotische Expressionssysteme und Isolation
des bispezifisch-monovalenten Anteiles (U. Zimmermann, Rev. Physio. Biochem. Pharmacol.
105 (1986), 176-260; J. van Dijk et al., Int. J. Cancer 43, (1989), 944-349).
[0003] Solche bispezifische Antikörper werden zur Therapie und Diagnostik von malignen Tumoren
eingesetzt. Das Prinzip des Verfahrens besteht darin, da im ersten Schritt durch Injektion
des bispezifischen Makromoleküls über längere Zeiträume und mit hohen Dosen eine Absättigung
der Epitope, die von einer der beiden Spezifitäten auf den Zielzellen erkannt werden,
erreicht wird. Im zweiten Schritt, der aus einer mehrtägigen Unterbrechung der Behandlung
besteht, findet die Autoelimination des unspezifisch adsorbierten bispezifischen Antikörpers
aus den nicht Zielgeweben statt.
[0004] Diese Autoelimination kann durch Injektion eines mit Zuckerresten, vorzugsweise
Galactose gekoppelten anti-idiotypischen Antikörpers, der gegen den Anti-Tumor-Arm
des bispezifischen Rezeptors gerichtet ist, beschleunigt werden.
[0005] Der dritte Schritt des Verfahrens besteht in der i.v. Injektion eines radiomarkierten,
hydrophilen, sich nicht in Zellen anreichernden niedermolekularen Liganden mit kurzer
Verweilzeit im Organismus, der hohe Komplexkonstanten für beta- und gamma-Strahler
wie Y⁹⁰, Re¹⁸⁶, Re¹⁸⁸, Re¹⁸⁹,
99mTc oder ¹¹¹In hat und an den die zweite Spezifität des bispezifischen Antikörpers
mit hoher Affinität bindet. Durch diesen Schritt wird eine Anreicherung des radioaktiven
Liganden, verbunden mit längerem Verbleib am Zielgewebe erreicht, was die selektive
Zerstörung des Zielgewebes zur Folge hat bzw. eine Diagnostik beispielsweise von Metastasen
ermöglicht.
[0006] Die Erfindung stellt nun bispezifische bzw. oligospezifische Rezeptoren bereit,
die je nach Erfordernis mono-oder oligovalente Bindungen zu den jeweiligen Epitopen
besitzen und gentechnisch mittels geeigneter "Linker" erzeugt werden. Dabei werden
die Genfragmente, die für die V
H und C
H1 Abschnitte der Antikörper a und b kodieren, mittels geeigneter synthetischer Oligonukleotide
wie in Tab. 1 beispielhaft dargestellt, dergestalt verknüpft, daß der N-Terminus der
V
H Dömane des MAK b über einen Polypeptidspacer mit dem C-Terminus der C
H1 Domäne des MAK a kovalent verbunden ist (Fig. 1). Das Genkonstrukt aus V
HaC
H1a-Polypeptidspacer-V
HbC
H1b wird zusammen mit den Genen für die leichten Ketten der Antikörper a und b in eukaryontische
Zellen transfiziert (z.B. Mausmyelomzellen). Die C
H1a, C
H1b, C
ka und C
kb Domänen sind so modifiziert, daß an den Kontaktflächen der konstanten Domänen entgegengesetzte
Ladungen aufeinandertreffen (C
H1a(+)C
ka(-); C
H1b(-)C
kb(+)) (+ = positiv, - = negativ) bzw. sich jeweils hydrophobe oder jeweils hydrophile
Kontaktflächen gegenüberstehen. Dadurch werden von den Transfektomas bevorzugt Hybridmoleküle
ausgeprägt, bei denen die korrekten Paarungen aus schweren und leichten Ketten vorliegen
(Fig. 2).
[0007] Antikörper a steht hier beispielhaft für einen Antitumor-Antikörper, Antikörper
b für einen Antikörper gegen einen niedermolekularen Liganden, vorzugsweise die Komplexone
DTPA-Y90 oder EDTA-Y90.
[0008] Bi- oder oligospezifischer Rezeptor bedeutet demnach eine gentechnische Konstruktion
aus V
H und C
H1 Domänen von Antikörpern verschiedener Spezifität über geeignete Linker, so daß die
erforderliche Beweglichkeit zur Assoziation mit den korrespondierenden leichten Ketten
gegeben und die Antigenbindung nicht behindert ist.
[0009] Valenzen oder Bindungsstellen bezeichnen die Antigen bindungsstellen. Ein bispezifischer
monovalenter Rezeptor hat bei zwei Spezifitäten, also je eine Antigenbindungsstelle.
Ein bispezifischer trivalenter Rezeptor besitzt folglich eine Antigenbindungsstelle
für die eine Spezifität und zwei Antigenbindungsstellen für die andere.
[0010] Bispezifische Rezeptoren, die bivalent für das Tumorantigen (MAK a) und monovalent
für EDTA-Y90 (MAK b) sind, werden hergestellt, indem man das oben beschriebene schwere
Ketten-Genkonstrukt mittels des oben erwähnten Oligonukleotidlinkers mit dem Genabschnitt
verknüpft, der für die V
H und C
H1 Domäne des MAK a kodiert (Fig. 3), so daß das C-terminale Ende der C
H1 Domäne des MAK b mit dem N-terminalen Ende der V
H Domäne des MAK a durch einen Polypeptidspacer verbunden ist. Diese Genkonstrukte
werden zusammen mit den Genen für die zu den MAK a und b gehörenden leichten Ketten
in eukaryontische Zellen transfiziert (z.B. Myelomzellen). Die C
H1 und C
k Domänen sind, wie oben beschrieben, mit komplementären Ladungen bzw. jeweils hydrophoben
oder hydrophilen Kontaktflächen versehen. Von den Transfektomas werden bevorzugt
Fusionsmoleküle ausgeprägt, die aus zwei F(ab) Fragmenten des MAK a und einem F(ab)
Fragment des MAK b bestehen Fig. 4). Die Beweglichkeit der Peptidlinker ermöglicht
die Ausrichtung der beiden F(ab)-Arme des MAK a zur Tumorzelle bei gleichzeitiger
Ausrichtung des F(ab)-Armes des MAK b zum interzellulären Raum. Entsprechend können
weitere Bindungsstellen identischer oder anderer Spezifität zugefügt werden. Die Reihenfolge
der Spezifitäten in den Konstrukten ist dabei frei kombinierbar.
[0011] Die Erfindung betrifft folglich bispezifische oder oligospezifische, mono- oder oligovalente
Rezeptoren, die sowohl Spezifität für ein auf der Zellmembran oder im Interstitium
befindliches Epitop haben, zum Beispiel TAA oder TE, als auch Spezifitat für einen
nieder- oder hochmolekularen Liganden besitzen, der sich ausschließlich im extrazellulären
Raum verteilt. Eine Spezifität wird dabei vorzugsweise von den tumorspezifischen Antikörpern
gebildet, wie in der deutschen Patentanmeldung P 39 09 799.4 vorgeschlagen, während
die andere Spezifität vorzugsweise gegen DTPA-Y90 oder EDTA-Y90 gerichtet ist. In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Bindung mit Komplexonen am
Komplexon-Rezeptor-Arm über fos-jun Interaktion (siehe Beispiel 5). Eine weitere bevorzugte
Variante der Erfindung besteht im Einbau von katalytisch wirksamen Spezifitäten. Die
Reihenfolge der Spezifitäten bzw. Bindungsvalenzen ist dabei frei wählbar, wie beispielhaft
in Fig. 4 für drei Valenzen bei zwei Spezifitäten gezeigt.
[0012] Besonders bevorzugt bei den erfindungsgemäßen Konstrukten sind solche, die ein V-Gen
der Tabellen 2, 3, 4 und/oder 5 enthalten. Antikörper mit diesen Sequenzen und ihre
Eigenschaften sind in der deutschen Patentanmeldung P 39 09 799.4 beschrieben. Die
"Complementarity Determining Regions" (CDR's) sind dabei nach Kabat und Wu (Sequences
of Proteins of Immunological Interest, US Dept. of Health and Human Services, US Government
Printing Office (1987)) identifizierbar. Bevorzugt sind ebenfalls Konstrukte, die
Spezifitäten gegen die durch vorstehend geschilderte monoklonale Antikörper definierte
Epitope enthalten.
[0013] Zusätzlich betrifft die Erfindung gentechnische Verfahren zur Herstellung oben beschriebener
Konstrukte sowie eine Verwendung o.g. Konstrukte zur Herstellung von Arzneimitteln
zur Bekämpfung und Diagnose von Zielzellen. Dabei findet in einem 1. Schritt nach
Injektion der Konstrukte eine Absättigung der betroffenen Epitope auf Zielzellen statt,
in einem nachfolgenden Intervall werden unspezifisch adsorbierte oder nicht gebundene
Konstrukte eliminiert. Der daran anschließende Schritt besteht in der Injektion und
nachfolgender spezifischer Bindung eines sich nicht in den Zielzellen anreichernden
nieder- oder hochmolekularen Liganden, der per se zytotoxisch ist oder gegebenenfalls
in einem weiteren Schritt durch extrakorporale Einwirkungen zur Zytoxizität "aktiviert"
wird. Verfahren dieser Art sind beispielsweise enzymatische Aktivierung, Aktivierung
durch Mikrowellenbestrahlung eines "Pro-Drugs" oder Aktivierung durch Laserlicht.
[0014] Die Erfindung ist ferner in den Beispielen und den Patentansprüchen enthalten.
Beispiel 1: Herstellung eines anti-DTPA-Y90 bzw. EDTA-Y90-MAK
[0015] Als Hapten wurde Isothiocyanato-benzyl-DTPA (Formel 2) auf humanes Serumalbumin (HSA
als Carrier) mit einem Derivatisierungsgrad von 19 Benzyl-DTPA Molekülen pro HSA-Molekül
entsprechend der in (N.W. Brechbiel et al., Inorganic Chemistry 25, (1986) 2772-2781)
beschriebenen Methodik kovalent gekoppelt. 20 µg dieses Hapten-Carrier-Komplexes,
in welchen kaltes Y komplexiert wurde, wurden s.c. an Tag 0 mit Freundschem Adjuvans,
an Tag 7 und 14 mit inkomplettem Freundschem Adjuvans und an Tag 21 mit PBS in Balb/c
Mäuse injiziert. An Tag 24 wurden die Milzen der Mäuse mit den höchsten anti DTPA
Antikörpertitern mit der SP2/0-Ag14 Myelomzellinie (Shulman et al., Nature 276, (1978)
269) fusioniert. Entstehende Hybridome wurden in einem DTPA-spezifischen ELISA auf
Produktion von hochaffinen MAk gegen DTPA und EDTA überprüft. Der ELISA bestand aus
einer festen Phase, die mit einer HSA-Benzyl-DTPA-Y enthaltenden Lösung beladen wurde.
Der zu testende, den MAk enthaltende Überstand wurde mit freiem Komplexon bzw. dessen
Metallionkomplexen vorinkubiert und seine Bindung an die spezifische feste Phase gemessen.
Hierzu wurde ein Enzymamplifikationssystem benutzt, welches an einen anti Maus-Immunglobulinantikörper
gekoppelt ist. Die Details dieser Methodik sind in Anlage 1a und 1b beschrieben.
[0016] Mittels dieses Testsystems wurden MAk erhalten, welche die in Anlage 1e beschriebenen
Eigenschaften besitzen.
[0017] Diese MAk binden im Gegensatz zu vielen anderen anti DTPA/EDTA MAk nicht an menschliche
Normalgewebe, wie mittels der APAAP-Technik (Cordell et al., J. Histochem. Cytochem.
32: 219, 1984) auf kryopräservierten Geweben ermittelt wurde. Ein in vivo Einsatz
dieser MAk im Bereich der Diagnostik und Therapie ist somit möglich.
[0018] Als Kompetitoren wurden die Komplexone DTPA, EDTA in nicht komplexierter sowie in
komplexierter Form (Anlage 1c) eingesetzt. Zusätzlich wurden als Inhibitoren die strukturverwandten
Verbindungen Transaconitsäure und 1,2 Diaminoethan verwendet (siehe Anlage 1e). Besonders
geeignet für eine in vivo Anwendung ist der MAk BW 2050/174 der im Gegensatz zu allen
anderen MAk eine präferentielle Bindung an EDTA-Y zeigt (siehe Anlage 1e, niedriger
Kompetitor Überschuß für EDTA-Y (100fach) höherer Überschuß für andere EDTA-Komplexone.
Deshalb wurde das Hybrid 2050/174 stabilisiert und für die Entwicklung des EDTA-Y-Armes
im bispezifischen Rezeptor verwendet.
Beispiel 2: Herstellung und Expression eines VH1a CH1-Linker-VH1B CH1 Genkonstruktes
[0019] Die hier verwendeten Techniken wurden, wenn nicht anders angezeigt, aus Molecular
Cloning, a Laboratory Manual; Sambrook, Fritsch, Maniatis; Cold Spring Habor Laboratory,
1982 (S. 11 - 44, 51 - 127, 133 - 134, 141, 146, 150 - 167, 170, 188 - 193, 197 -
199, 248 - 255, 270 - 294,310 - 328, 364 - 401, 437 - 506) und aus Molecular Cloning,
A Laboratory Manual, Second Edition; Sambrook, Fritsch, Maniatis; Cold Spring Harbor
Laboratory Press, 1989, (S. 16.2 - 16.22, 16.30 - 16.40, 16.54 - 16.55) entnommen.
[0020] Ein humanes IgG₃ C-Gen wurde aus einer humanen Genbank in EMBL3 Phagen isoliert (A.M.
Frischauf et al., J. Mol. Biol. 170, 827-842 (1983) und G.H.A. Seemann et al., The
EMBO Journal 5 (1986), 547-552).
[0021] Aus diesem IgG₃ C-Gen wurden wie in der deutschen Patentanmeldung P 38 25 615.0
beschrieben, Konstruktionen hergestellt, die zum einen nur noch das C
H1 Exon und ein Hinge Exon (Fig. 5) und zum anderen das C
H1 Exon und den 3′NT Bereich eines HLA B27 Gens enthalten (Fig. 6, Fragment M im Plasmid
M).
[0022] Die V
Ha und V
Hb Gene wurden aus mRNA der Hybridklone a und b amplifiziert, wie von Orlandi et al.
(Proc. Natl. Acad. Sci, USA 86, (1989), 3833-3837) beschrieben und in einen M13 Vektor
kloniert (V
Ha PCR bzw. V
Hb PCR) (Fig. 7). Das V
Ha Gen wurde als HindIII BamH1 Fragment in den eukaryontischen Expressionsvektor pEV
H kloniert (Simon et al., Nucl. Acids. Res. 16, (1988), 354) (Fig. 8). Es entsteht
das Plasmid PEV
H a C.
[0023] Der humane IgG C Gen Subklon mit dem C
H1 und dem einen Hinge Exon (Fig. 5) enthält zwischen C
H1 Exon und Hinge Exon eine Pst1 Schnittstelle. Die V
H Gene enthalten am 5′ Ende eine Pst1 Schnittstelle. Das Linkeroligonukleotid wird
so entworfen, daß es am 5′ Ende mit dem Bereich der Pst1 Schnittstelle auf dem C
H1 + 1H Subfragment des IgG C Gens und am 3′ Ende mit der Pst1 Schnittstelle des VHb
Gens überlappt. Das Linkeroligonukleotid wird mittels seiner Pst1 Schnittstellen in
die Pst1 Schnittstelle eines PUC 18 Plasmids kloniert (Fig. 9). Es entsteht der Plasmidklon
L.
[0024] Das Plasmid mit dem IgG₃ C Gen Subfragment mit C
H1 Exon und einem Hinge Exon wird mit Pst1 und BamH1 gespalten und mit dem als Pst1
BamH1 Fragment aus V
Hb PCR ausgeschnittenem V
Hb Genfragment ligiert (Fig. 10). Es entsteht das Plasmid X.
[0025] Das Plasmid X wird mit Pst1 gespalten und mit dem ebenfalls mit PstI aus dem Plasmid
L ausgeschnittenen Linkerfragment ligiert (Fig. 11). Mit Hilfe der Nukleinsäuresequenzanalyse
wird der Klon Z identifiziert, bei dem der Linker in der richtigen Orientierung zwischen
C
H1 und V
Hb kloniert ist, ohne den Intron/Exonübergang zwischen Intron 3 und Linkerexon und
ohne das Leseraster am Übergang zwischen Linker und V
Hb Gen zu stören.
[0026] Das Plasmid pEVa C wird mit BamH1 gespalten und mit dem mit BamH1 aus dem Plasmid
M ausgeschnittenen Fragment M ligiert. Durch Restriktionsanalyse wird der Klon Y identifiziert,
der das Fragment M in der richtigen Orientierung enthält (Fig. 12).
[0027] Das Plasmid Y wird partiell mit BamH1 gespalten und mit dem durch HindIII und BamH1
Spaltung aus dem Plasmid X ausgeschnittenen Fragment (C
H1-Linker-V
Hb) nach Auffüllen aller Enden ligiert. Durch Nukleotidsequenzanalyse und Restriktionskartierung
wird der Plasmidklon PEVT identifiziert, der das Fusionsgen V
Ha C
H1-Linker-V
Hb C
H1 mit der richtigen Orientierung aller Exons enthält (Fig. 13).
[0028] Das Plasmid PEVT wird zusammen mit Plasmiden, die die Gene für die leichten Ketten
der Antikörper a bzw. b tragen, in geeignete eukaryontische Expressionszellen transfiziert,
um das Antikörper a F(ab) Antikörper b F(ab) Fusionsprotein auszuprägen.
Beispiel 3: Transfektion der leichten und schweren Ketten-Gene zweier verschiedener MAk (4 Gene)
[0029] Die Isolierung von Immunglobulingenen ist in der deutschen Patentanmeldung P 39
09 799.4 beschrieben.
[0030] Die in Vektoren klonierten Gene wurden mittels Elektroporation nach Linearisierung
der Vektoren in X63Ag8.653 Myelomzellen transfiziert (H. Stopper et al., Biochem.
Biophys. Acta 900 (1987), 38-44). Die in Selektivmedien ausgewachsenen Transfektome
wurden auf Produktion von bispezifischem-monovalentem MAk in einem spezifischen RIA
überprüft. Dieser RIA bestand aus Festphasen-adsorbiertem TAA, auf welchen nach Blockade
der unspezifischen "sites" durch Casein die zu testenden Transfektomüberstände gegeben
wurden. Nach Zugabe von mit Y⁹⁰ oder
99mTc komplexiertem DTPA oder EDTA und Wegwaschen des Überschusses konnten diejenigen
Transfektome, die bispezifischen-monovalenten anti TAA x anti EDTA MAk ausschieden,
an einem erhöhten radioaktiven Signal auf der Festphase detektiert werden.
[0031] Transfektom 9 wurde stabilisiert durch "limited dilution" Klonierung und in Zellkultur
aufgebaut. Zellkulturüberstände wurden 10fach ankonzentriert, der MAk-Anteil wurde
über Protein A chromatographiert (P.L. Ey et al., Immunochemistry 15, (1978), 429)
gereinigt und der den bispezifisch-monovalenten MAk enthaltende Anteil mittels Anionenaustauscher-Chromatographie
gereinigt. (J. Van Dijk et al., Int. J. Cancer 43, (1989), 344-349).
Beispiel 4: Biologische Wirksamkeit
[0032] Gereinigtes, den bispezifischen-monovalenten MAk (BW 431/26 x BW 2050/174) enthaltendes
Protein wurde in 500 µg Dosen an den Tagen 0, 3, 5, 8, 10 und 12 i.v. in human Tumorxenografts
(CoCa 4) tragende Nacktmäuse injiziert. An Tag 27-30 erhielten die Tiere je 50 µCi
EDTA-Y90 i.v. injiziert. Eine 2. Gruppe von Tieren erhielt an den gleichen Tagen anstatt
des bispezifischen MAk 500 µg des MAk BW 431/26 und, wie oben beschrieben, die EDTA-Y90-Injektionen.
[0033] Eine dritte mit Tumor bestückte Gruppe erhielt anstatt des MAk und des EDTA-Y90 Injektionen
von PBS (Tumorwachstumskontrolle).
Das Tumorwachstum wurde über 6 Wochen verfolgt. Die Injektion von EDTA-Y90 führte
in der Gruppe, die den bispezifischen-monovalenten MAk erhielt, zu einer signifikanten
Tumorwachstumsinhibition, wohingegen die mit MAk BW 431/26 injizierten und mit EDTA-Y90
behandelten Tiere keine Tumorwachstumsinhibition zeigten, im Vergleich zu den Tieren,
die nur PBS erhielten.
[0034] Diese Daten weisen auf die selektive tumortherapeutische Wirksamkeit des bispezifischen-monovalenten
MAk in Kombination mit EDTA-Y90 als toxischem Prinzip hin.
[0035] Noch günstigere tumortherapeutische Effekte werden durch die oligovalenten/bispezifischen
oder oligospezifischen Rezeptoren erhalten, da sie aufgrund der bivalenten Bindung
an TAA länger am Tumor verweilen und somit der Ligand ebenfalls länger und in höherer
Konzentrationen am Tumor zurückgehalten wird.
Beispiel 5: Optimierung der biologischen Wirksamkeit bi-oder oligospezifischer Makromoleküle
durch Aviditätserhöhung des anti-Komplexonarmes.
[0036] Ein entscheidender Faktor, der die effiziente Anheftung des hydrophilen, sich extrazellulär
verteilenden Komplexons am anti-Komplexonarm des oligospezifischen Makromoleküls
beeinflußt, ist die Avidität dieses Armes zum Komplexon. Die Aviditäten von monoklonalen
Antikörpern zu ihren entsprechenden Epitopen liegen im Bereich von 10⁵ - 10¹¹ l/mol.
Da diese Bindungsstärken vielleicht nicht ausreichen, um die für eine effiziente
Radioimmuntherapie notwendige Komplexonmasse am Tumor zu lokalisieren, wurde im folgenden
Beispiel die extrem starke Interaktion des fos-Leucin-Reißverschlußpeptids (fos-Peptid)
mit dem jun-Leucin-Reißverschlußpeptid (jun-Peptid) genutzt (Erin K. O'Shera et al.,
Science, 245, 1989), um das Komplexon möglichst fest am anti Komplexonarm zu fixieren.
Um diese starke fos-jun Interaktion nutzen zu können, muß vorzugsweise das fos-Peptid
kovalent mit dem Komplexon (DTPA) verknüpft werden. Hierzu kann im ersten Schritt
isothiocyanatobenzyl DTPA mit Hydrazin (oder einem Diaminoalkan) umgesetzt werden.
Das so entstandene DTPA-Benzyl-thiocarbazid kann in einem 2. Schritt mit N-(gamma-maleimidobutyryloxy)succinimid
oder einem Analogon zu DTPA-Benzyl-(gamma-maleimidobutyryl) thiocarbazid umgesetzt
werden. In einem 3. Schritt wird dann diese Verbindung mit dem um Glycin-Glycin-Cystein
verlängerten fos-Peptid (Bild 1) über die freie SH-Gruppe des aminoterminalen Cysteins
verknupft. Das so entstandene fos-Peptid-DTPA-Konjugat wird in einem 4. Schritt mit
Yttriumchlorid komplexiert. Der so entstandene fos-Peptid-DTPA-Y-Konjugatkomplex
kann dann zur in vivo Anlagerung an den jun-peptid-Arm des bi- oder oligo-spezifischen
Makromoleküls benutzt werden. Nachfolgend ist die Synthese des oben vorskizzierten
Beispiels im Detail beschrieben:
A) Herstellung des fos-EDTA-Y-Konjugat-Komplexes
Schritt 1:
Synthese von EDTA-Benzyl-thiocarbazid
[0037] Isothiccyanatobenzyl-EDTA (SCN-Bn-ETPA) (30 mg, 54 µmol) wurde 1 h lang in 10 % (v/v)
wäßrigem Hydrazin gerührt. Dann wurde das Losungsmittel im Hochvakuum entfernt, der
Rückstand über Phosphorpentoxid im Hochvakuum getrocknet und schließlich lyophilisiert.
Das Produkt wurde mit DOWEX WX 2 (H+-Form) neutralisiert und erneut lyophilisiert
(Ausbeute 28 mg).
Schritt 2:
Synthese von EDTA-Benzyl-(gamma-maleimidobutyryl)thiocarbazid
[0038] Das in Schritt 1 hergestellte ETPA-Benzyl-thiocarbazid (20 mg; 34 µmol) und N-(gamma-Maleimidobutyryloxy)succinimid
(8 mg, 29 µmol = 0.9 equiv.) wurden 1 h lang in wasserfreiem Dimethylformamid gerührt.
Dann wurde zur Trockne eingeengt und der Rückstand im Hochvakuum getrocknet.
Schritt 3:
Kopplung des EDTA-Benzyl-(gamma-maleimidobutyryl)thiocarbazid an aminoterminales
Cystein im fos-Peptid
[0039] Eine Lösung des fos-peptids (4.8 mg, 1 µmol) (siehe Schritt 3.1) in Phosphat-gepufferter
Kochsalzlösung (2 ml) wurde mit einer Suspension des gemäß Schritt 2 gewonnenen Produktgemisches
(4 mg) in Dimethylformamid (400 µl) versetzt und 1 h bei Raumtemperatur inkubiert.
Dann wurde das Reaktionsgemisch über eine Sephadex G15-Säule in Phosphat gepufferter
Kochsalzlösung Gel-filtriert. Das proteinhaltige Eluat wurde gesammelt und bei -30°
C präserviert (Ausbeute 4.2 mg).
Schritt 3.1:
Aminosäuresequenz des fos-Peptids (| |) mit N-terminaler GGC Verlängerung.
[0040] Ac-CGGyLTDTLQAETDQLEDKKSALQTEIANLLKEKEKLEFILAAYy Die Buchstaben stehen für folgende
Aminosäuren: A = Alanin, C = Cystein, D = Asparaginsäure, E = Glutaminsäure, G = Glycin,
I = Isoleucin, K = Lysin, L = Leucin, M Methionin, N = Asparagin, Q = Glutamin, R
= Arginin, S = Serin, T = Threonin, V = Valin, Y = Tyrosin.
[0041] Die Oligopeptidsynthese erfolgte mittels eines automatischen Peptid-Synthesizers
(Applied Biosystems Model 430A) entsprechend der Merryfield Festphasen Methode (Stewart
und Young. Solid Phase Synthesis. Pierce Chemical Company. 2. Edition. Rockford III.)
mit der tert-butyloxycarbonyl Schutzgruppe. Die Oligopeptide wurden von dem Phenylacetamidomethylpolystyrene-Träger
abgespalten. Nach Abspaltung der Schutzgruppen (Tom et al. 1983, J. Am. Chem. Soc.
105, 6442-6455) wurden die Oligopeptide über reversed phase Chromatographie (PepRPC-Säule,
Pharmacia) wie bei Rivier et al. (J. Chromatography 288, 303-328, 1984) beschrieben
gereinigt.
Schritt 4:
Herstellung eines fos-Peptid-EDTA-Yttrium-Chelats mit einem nach Schritt 3 hergestellten
fos-peptid-EDTA-Konjugates
[0042] Das gemäß Schritt 3 hergestellte fos-Peptid-EDTA-Konjugat (4.2 mg) wurde gegen isotonische
Kochsalzlösung/0.1 M Natriumcitrat, pH 7.0, in einem Dialyseschlauch mit Ausschlußgrenze,
m.w. 1000 (Spectrum) dialysiert und mit 6 mg Yttriumchlorid, die in 3 ml isotonischer
Kochsalzlösung/0.1 M Natriumcitrat, pH 7.0, gelöst waren, versetzt. Nach 1 h wurde
gegen Phosphat-gepufferte Kochsalzlösung rückdialysiert und die Chelatlösung bei -30°
C präserviert. Das im obigen Beispiel beschriebene fos-Peptid-EDTA-Yttrium-Chelat
wird dann als Ligand benutzt, um mit hoher Avidität an den jun-Peptid-Arm des bi-
oder oligospezifischen Makromoleküles zu binden. Die Konstruktion eines für diese
Interaktion besonders gut geeigneten bispezifischen Makromoleküles ist im folgenden
Beispiel beschrieben.
B) Konstruktion des MAk-jun Fusionsmoleküles
[0043] Die hier verwendeten Techniken wurden, wenn nicht anders angezeigt, aus Maniatis
et al. (Laboratory Manual EMBL (1982), Heidelberg, und Sambrook (Molecular Cloning:
A Laboratory Manual) entnommen.
Schritt 1:
[0044] Ein humanes IgG3 C-Gen wurde aus einer humanen Genbank in EMBL 3 Phagen isoliert
(A.M. Frischauf et al., J. Mol. Biol. 170, 827-842, 1983 und G.H.A. Seemann et al.,
The EMBO Journal 5, 547-552, 1986). Aus diesem IgG3 C-Gen wurde, wie in der deutschen
Patentanmeldung P 3825615.0 beschrieben, eine Konstruktion (D) hergestellt, die nur
noch das CH1 Exon und das erste Hinge Exon des IgG3 C-Gens enthält (Fig. 14).
[0045] Aus der gleichen Genbank wurde, wie ebenfalls in der deutschen Patentanmeldung P
3825615.0 beschrieben, ein humanes HLA B27k Gen isoliert. Aus diesem HLA B27w Gen
wurde ein Konstrukt (E) hergestellt, das nur noch das C3 Exon und den 3′ NT Bereich
des HLA B27k Gens enthält (Fig. 15).
Schritt 2:
[0046] Das C1 Exon und der 3′ NT Bereich des HLA B27k Gens wurden mit Xba1 aus dem Plasmid
E herausgeschnitten, das Fragment isoliert und in die Xba1 Schnittstelle des Konstruktes
D kloniert. Durch Restriktionsanalyse und Nukleinsäuresequenzanalyse wurde der Klon
F identifiziert, der das C3 Exon und den 3′ NT Bereich des HLA B27c Gens in der korrekten
5′-3′ Orientierung 3′ vom IgG3 C-Gen Fragment enthält (Fig. 16).
Schritt 3:
[0047] Das Insert des Klons F wird unter Verwendung der Endonukleasen Hind III und Eco
RI aus dem Plasmid ausgeschnitten und zwischen die Hind III und Eco RI Schnittstellen
eines M13mp18 Doppelstrang (DS)-Phagen kloniert. Es wird der Phagenklon G isoliert,
der das Antikörper/HLA Fusiongenfragment enthält (Fig. 17).
Schritt 4:
[0048] Vom Phagenklon G werden nach der Methode von T.A. Kunkel, 1985, Proc. Natl. Acad.
Science, U.S.A., 82, 488-492, Uracileinzelstränge präpariert. Die Einzelstrangphagen
wurden mit den mutagenen Oligonukleotiden 1 und 2 (Tab. 6) hybridisiert und die Lücken
zwischen den Oligonukleotiden mit Klenon DNA Polymerase und T4 Ligase geschlossen.
Nach Transformation in E. coli wurde durch Restriktionsanalyse und Nukleinsäuresequenzanalyse
ein Phagenklon identifiziert (G), bei dem die Sst1 Restriktionsschnittstelle am 5′
Ende des Hinge Exons deletiert wurde. Gleichzeitig wurden am 3′ Ende des Hinge Exons
eine Sst1 und eine Sph1 Restriktionsschnittstelle eingeführt (Fig. 18). Zur Deletion
der Sst1 Schnittstelle wurde die dritte Base des 2. Codons des Hinge Exons von C
in G umgewandelt und für die Einführung der Sst1 und Sph1 Schnittstellen wurden zwischen
dem 15. und 16. Codon des Hinge Exons die Basen 5′GAGCTCGGGGCA3′ eingeführt (Tab.
7).
Schritt 5:
[0049] Doppelstrang DNA des Phagenklons G′ wird mit Sph1 vollständig und mit Sst1 partiell
gespalten. Die synthetischen Oligonukleotide Jun I und Jun II (Tab. 8) werden zu
einem Doppelstrang DNA Fragment zusammengefügt, welches an seinen Enden je eine geschnittene
Sph1 und Sst1 Restriktionsschnittstelle enthält und für ein Peptid kodiert, das den
Jun Leucin Zipper enthält (O'Shea et al., Science, 245, 646-648, 1989).
[0050] Das doppelsträngige DNA Fragment wird in die Sst1 und Sph1 Restriktionsschnittstellen
des F′ Phagenklons kloniert und der Phagenklon H identifiziert, der ein Genkonstrukt
enthält, bei dem im Hinge Exon die Sequenz für das Jun Zipper Peptid inseriert ist
(Fig. 19).
Schritt 6:
[0051] Das Insert des dS Phagen H wurde mit den Restriktionsendonukleasen Hind III und
Eco RI ausgeschnitten, die Enden mit T4 Polymerase aufgefüllt und in einen Sma1 gespaltenen
KsF Vektor (Stratagene, 11099 North Torrey Pines Road, La Jolla California 92037)
kloniert. Es wurde der Plasmidklon I identifiziert, der das Antikörper/Jun/HLA Fusionsgen
in der Orientierung enthält (Fig. 20), in der es auf beiden Seiten von einer BamH1
Schnittstelle flankiert wird.
Schritt 7:
[0052] Das Antikörper/Jun/HLA Fusionsgen wurde mit BamH1 aus dem KS Klon H1 ausgeschnitten
und in das Expressionsplasmid pABStop (Behringwerke AG) kloniert, welches ein spezifisches
funktionelles Immunglobulin V-Gen enthält. Das spezifische V-Gen wurde, wie in der
Patentanmeldung P 3909799.4 beschrieben, gewonnen. Es wurde das Expressionsplasmid
I identifiziert, das das Antikörper/Jun/HLA Fusionsgenkonstrukt in der korrekten Orientierung
hinter dem V
H Gen enthält (Fig. 21).
[0053] Die Kotransformation des Plasmids I mit einem Plasmid, der das Gen für die leichte
Kette des spezifischen MAk enthält und einen Plasmid, der ein Resistenzgen trägt,
führt zur Expression eines spezifischen Antikörper F(ab′)2 Fragmentes, das in der
Hinge Region zwei Jun Zipper Peptide enthält, wobei das Jun Zipper Peptid so verändert
ist, daß keine Homodimerbildung (Jun/Jun) mehr stattfindet.
Beispiel 6:
Optimierung der bi- oder oligospezifischen Rezeptormenge am Tumor und Minimierung
derselben im Blut bzw. den Normalgeweben.
[0054] Wissenschaftliche Untersuchungen anderer haben gezeigt, daß die Penetration von soliden
Tumoren mit Makromolekülen > 50 kDa langsam von statten geht und meist nur die Randregion
bzw. einige wenige Areale im Tumor erreicht werden. Diese Untersuchungen basieren
auf Experimenten, die eine einmalige Injektion niedriger Mengen von Makromolekülen
beinhalten. Im Gegensatz hierzu haben wir gefunden, daß durch repetitive i.v.-Injektion
großer Mengen von bi- oder oligospezifischen Rezeptoren (10 x 250 µg Rezeptor/Maus
für 10 Tage) eine weitgehende Durchdringung der gesamten Tumormasse in Nacktmaus-Xenografts
möglich ist. Des weiteren bleiben die bi- oder oligospezifischen Rezeptoren aufgrund
ihrer spezifischen Bindung an TAA für lange Zeiträume (> 20 Tage) in großen Mengen
an der Tumorzellmembran und im Tumorinterstitium hängen. Diese Befunde wurden mittels
der indirekten alkalischen Phosphatasetechnik an kryopräservierten Dünnschnitten von
humanen Colon- und Pankreas-Tumor-Xenografts erhoben.
[0055] Während dieser Zeit (schon nach 10 Tagen) wurden die bi- oder oligospezifischen Rezeptormoleküle
aus den TAA-negativen Normalgeweben und dem Blut durch Abbau und Ausscheidung bereits
eliminiert. Um diesen Eliminationszeitraum zu verkürzen, wurde ein anti-idiotypischer
MAk (anti Id), der nur mit dem anti TAA-Arm nicht gebundener bi- oder oligospezifischer
Rezeptormoleküle reagiert, 24 Stunden nach Beendigung der 10 x Injektion von bi- oder
oligospezifischen Rezeptoren i.v. injiziert (1 x50 µg anti Id). Diese einmalige Injektion
bewirkte eine beschleunigte Elimination der ungebundenen bi- oder oligospezifischen
Rezeptormoleküle aus dem Blut und eine schnellere Metabolisierung in Leber und Milz.
[0056] Aufgrund dieser Manipulation kann die Injektion des Komplexons (EDTA-Y90) schon 4
Tage nach Beendigung der Penetrations- und Bindungsphase des bi- oder oligospezifischen
Rezeptors erfolgen. Aus diesen Untersuchungen leitet sich folgendes Behandlungsschema
(für Nacktmäuse) ab:
a) Tag 1-10, i.v. Injektion von je 1x250 µg bi- oder oligospezifischem Rezeptor
b) Tag 11, i.v. Injektion von 1x50 µg anti Id
c) Tag 14, i.v. Injektion einer therapeutischeen Dosis von EDTA-Y90.
[0057] Aufgrund vergleichender immunszintigraphischer Daten in Nacktmäusen bzw. Tumorpatienten
sollte dieses Schema auch für die Tumortherapie im Menschen geeignet sein. Allerdings
bewegen sich die im Humansystem zu injizierenden Mengen in einer anderen Größenordnung.
10x 5-10 g bispez. Rezeptor, 1x1 g anti Id. Die Injektion des anti Id ist für die
Therapie nicht zwingend.
Anlage 1a
Quantitative Inhibition-ELISA für MAk durch DTPA bzw. EDTA Komplexe
[0058] Material: Teilbare 96-well Polystyrol Mikrotiterplatten (U-Form) Typ B, Fa. Nunc,
Nr. 4-60445
1) Pro well werden 50 µl Y Benzyl-DTPA-HSA 19-Konjugat mit einer Konz. von 1 µg Konjugat
pro ml PBS, pH 7.2, pipettiert und über Nacht bei Raumtemperatur (RT) inkubiert.
2) Der Überstand wird abgesaugt und 3x mit 0.05 M Tris-Citrat- Puffer, pH 7.4, (Waschlsg.
1) gewaschen; (1x waschen = 250 µl Waschlösung pro well einfüllen, 2 min stehen lassen,
absaugen)
3) Wenn die Mikrotiterplatte nicht direkt benötigt wird, wird sie über Nacht auf Zellstoff
bei RT stehengelassen (Öffnung nach unten). Danach wird die Platte in Folien mit
Trockenpatronen eingeschweißt (Fa. Gaplast, Postfach 529, 8100 Garmisch-Partenkirchen).
Unter diesen Bedingungen sind die Platten bei +4° C mindestens 8 Wochen haltbar.
4) 250 µl Blocklösung werden pro well aufgetragen und 30 min bei 37° C inkubiert.
5) Während des Blockierens erfolgt die Vorinkubation des verdünnten Hybridomüberstandes
mit dem Kompetitor (siehe Anlage 2).
6) Von den zu testenden, entsprechend vorverdünnten und vorinkubierten Hybridomaüberständen
werden pro well 50 µl aufgetragen und 30 min bei RT inkubiert.
7) Anschließend wird 3x mit Waschlösung 2 gewaschen.
8) Anschließend werden 50 µl 1:500 in Blocklösung verdünnter, mit alkalischer Phosphatase
markierter Ziege anti Maus IgG₁-Antikörper pro well aufgetragen und 30 min bei RT
inkubiert.
9) Danach wird 3x mit Waschlösung für Enzygnost gewaschen.
10) Anschließend werden 50 µl 0,1 mM NADP zugegeben.
11) Danach wird 30 min bei RT inkubiert.
12) Während der Inkubation mit NADP wird das Verstärkersystem wie folgt angesetzt:
pro Platte werden zu 2 Teilen INT und 1 Teil PBS, pH 7.2, zugegeben, des weiteren
1 Teil Diaphorase, des weiteren wird 1 Teil ADH zupipettiert.
13) 50 µl dieses Verstärkersystems werden pro well zugegeben.
14) Bei deutlichem Farbumschlag von durchsichtig nach rot wird die Reaktion mit 100
µl einer 0,1 N H₂SO₄-Lösung pro well abgestoppt.
15) Die Extinktionen werden bei 492 nm im TITERTEKR MULTISCAN vermessen. Als Blankwert werden 50 µl NADP mit 50 µl Verstärkerlösung und
100 µl 0,1 N H₂SO₄ eingesetzt.
[0059] NADP - Fa. Sigma Best.Nr. N-0505
INT - Fa. Sigma Best.Nr. I-8377
ADH - Fa. Sigma Best.Nr. A-3263
DIAPHORASE - Fa. Sigma Best.Nr. D-2381
Waschlösung 2 - Fa. Behring, Best.Nr. OSEW96,
enthält Tween/PBS
Blocklösung:
[0060] PBS, pH 7.2, wird durch Zugabe von Casein und 30minütiges Einrühren 3%ig an Casein
gemacht und auf pH 7.4 eingestellt. Danach werden Partikel 10′ bei 4000 U/min abzentrifugiert.
[0061] Verdünnter mit alkalischer Phosphatase markierter Ziege anti Maus IgG₁-Antikörper
(Fa. Southern Biotechnology Associates, Cat.Nr. 1080-04)
Herstellung von 0.1 mM NADP:
7.65 mg NADP lösen in 100 ml 20 mM Tris, 0.1 mM MgSO₄, pH 9.5; die Lösung kann bei
-20° C mehrere Monate gelagert werden.
Herstellung von INT (P-IODO NITROTETRAZOLIUM Violet):
2.5 mg/ml 30%igem Ethanol im Ultraschallbad lösen; immer frisch ansetzen.
Herstellung von Diaphorase:
1 mg Diaphorase/ml PBS, pH 7.2, wird portioniert bei -20° C gelagert.
Herstellung von Alkoholdehydrogenase:
0.5 mg ADH/ml PBS, pH 7.2, werden portioniert bei -20° C gelagert.
Anlage 1b
Vorinkubation des Hybridomüberstandes mit dem Kompetitor
[0062] Die Maus IgG Konzentrationsbestimmung in Hybridomüberständen kann mittels kommerziell
erhältlicher quantitativer ELISA Testsysteme bestimmt werden und ist Stand der Technik.
[0063] Anhand der Konzentrationsbestimmung im ELISA werden die Hybridomüberstände auf 1.25
µg/ml in PBS ohne Ca⁺⁺ und Mg⁺⁺ verdünnt.
Umrechnung von Gramm in Mol:
150 000 g - 1 Mol MAk
1.25 x 10⁻⁶ g- xMol
1.25 µg = x = 8.33 10⁻¹² Mol
[0064] Um ein Verhältnis 1+1 von MAk und Inhibitor zu haben, wurden zu 50 µ1 Hybridomüberstand
mit einer Konzentration von 8.33 x 10⁻¹² Mol/
ml 10 µl Inhibitor mit einer um den Faktor 5 erhöhten Konzentration von 8.33 x 10⁻¹²
Mol/
200 µl gegebenen.
[0065] Der Hybridomüberstand wird mit 100 000fachem, 50 000fachem, 10 000fachem, 5 000
fachem, 1 000 fachem und 100fachem Kompetitorüberschuß für 30′ bei RT inkubiert. Hiervon
werden 50 µ1 in den ELISA (siehe Anlage 1a, Punkt 6) pipettiert.
Anlage 1c
Erzeugung der DTPA- bzw. EDTA-Komplexe
[0066] Die Komplex-Konstante von DTPA bzw. EDTA zu den in Tabelle I dargestellten Metallionen
ist extrem hoch, so daß bei äquimolarer Mischung von DTPA bzw. EDTA mit diesen Metallionen
eine komplette Sättigung zu erwarten ist. Die entsprechenden Metallionen wurden deswegen
in einem 3fachen molaren Überschuß mit den DTPA bzw. EDTA inkubiert. Als Beispiel
wurden 170 µl einer 10 mM Cadmiumsulfatlösung in bidest (siehe Anlage 1d) mit 30 µl
einer 0.028 molaren DTPA-Stammlösung in bidest für 5′ bei RT inkubiert. Zumischung
von 10 µl dieser Kompetitorlösung zu dem Hybridomüberstand führt zu einem 100000fachen
Überschuß an Kompetitor über den im Hybridomüberstand enthaltenen MAk. Niedrigere
Kompetitor zu MAk Verhältnisse wurden dadurch erzielt, daß die Kompetitorlösung entsprechend
dem gewünschten molaren Überschuß (siehe Anlage 1b) in der jeweiligen Salzionenlösung
verdünnt wurde.
Anlage 1d
Quelle und relevante physicochemische Parameter der eingesetzten Metallionen
[0067] Von folgenden Metallionen wurden 10m molare Lösungen in bidest hergestellt:
Manganchlorid (?) |
MG 161,88 |
|
Fa. Merck |
Nr. 5934 |
Ionenradius Mn: 80 pm |
Cadmiumsulfate |
MG 256,5 |
|
Riedel de Haen |
Nr. 31145 |
Ionenradius Cd: 97 pm |
Zinkchlorid |
MG 136,28 |
|
Fa. Merck |
Nr. 8816 |
Ionenradius Zn: 74 pm |
Kupfersulfat |
Mg 159,61 |
|
Fa. Riedel de Haen |
Nr. 31294 |
Ionenradius Cu: 96 pm |
Yttriumchlorid |
MG 303,36 |
|
Fa. Aldrich |
Nr. 20,491-9 |
Ionenradius Y: 92 pm |
Blei(II)-nitrat |
MG 331,20 |
|
Fa. Riedel de Haen |
Nr. 31137 |
Ionenradius Pb: 120 pm |
Anlage 1e
Quantitativer Inhibitionstest von MAk durch DTPA bzw. EDTA
Tab. 6
Mutagene Oligonukleotide:
[0069]
1) 5′CTTACCTGGG.CATGCCCCGA.GCTCCCGTGG.GCATGT3′
2) 5′AGTGGGGTTT.TCAGCTCTGCAGAG3′

